第一作者：Joon Sang Kang
通讯作者：胡永杰
通讯单位：加州大学洛杉矶分校（美国）
研究亮点：
1. 首次实验合成无缺陷的单晶复合物砷化硼。
2. 观测到砷化硼比已知任何金属和半导体材料都具有更高的热导值。
如果说手机爆炸的事情还不算多，那手机发热到烫手的事情则是家常便饭。尤其是在热成狗的夏天，一半充电一边玩手机的你，难道就不担心手机过热会带来安全隐患？
随着计算机处理器尺寸不断缩小，数十亿个晶体管集成在单个芯片上，每个晶体管小到纳米级别，散热问题越来越成为决定计算性能的一个重要的因素。计算机和手机芯片发热是因为电路里的电子在移动时，比如与晶格发生相互作用，而产生热量。发热严重影响计算性能，为了控制发热，智能手机要有散热器，台式机要装风扇。有着数以千计的计算机的数据中心更是需要为冷却系统提供大量额外能源。
有鉴于此，加州大学洛杉矶分校胡永杰团队首次实验合成一种高导热半导体新材料：无缺陷的单晶复合物砷化硼，该材料导热率 高达~1300 W / mK，散热性能比当前最好的半导体更胜一筹，是目前工业界最佳材料，碳化硅和铜的三倍以上。这项研究所建立的超级热导材料未来有可能革新电子器件热管理技术，在半导体电子器件和光学器件中产生革命性替代。
新型半导体将大幅度提高未来芯片的散热效率和计算性能。
图片设计，W. Wu，Y. Shi和Y. Hu。
“这是一项非常具有挑战性的工作，需要多个交叉学科的专业知识，从精确的材料合成，全面的结构表征，到精确的热传输测量和理论计算，”加州大学洛杉矶分校机械与航空航天工程系教授胡永杰说。 “自从我加入加州大学洛杉矶分校以来，我的团队一直致力于这项工作，我们很高兴我们的努力得到了回报。这项研究所建立的新热导材料会为未来的基础研究和应用提供许多机会。”
值得一提的是，胡永杰教授本人师从纳米材料鼻祖哈佛大学Charles Lieber 和纳米传热泰斗麻省理工陈刚教授。胡在纳米电子学，量子物理， 和纳米传热学等多个领域颇多建树。这项成果发表于本周的科学杂志，其他作者均是其团队的研究生：Joonsang Kang，Man Li，Huan Wu和Huuduy Nguyen。
除巨大的应用影响外，这项研究还揭示了热传输中的重要物理机制。固体中的热性质可以通过声子的相互作用来描述，即晶格振动的量子力学模式。几十年来，理论家认为三声子过程控制着热传输，四声子和高阶过程的影响被认为是微不足道的。实际上大多数常见材料的确如此。然而，该研究发现，四声子过程的高阶非谐性对无缺陷的BAs单晶高热导有重要贡献。这一发现与最新的计算结果一致，对理论领域产生了重大影响。此外，该研究探讨了弹道热传导，并解释了由于声子平均自由路径较长而导致的超高导热系数的起源。
“这项成就应该归为整个领域的成功，”胡永杰教授补充说，“还有许多其他领先的研究小组在实现这一目标方面取得了进展。尤其是这个项目成功地结合了实验和第一性原子理论。 我相信这种方法将继续推动包括能源，电学和光学在内的许多领域的新材料发现。“
UCLA 胡永杰团队
消息来源：
http://science.sciencemag.org/content/early/2018/07/03/science.aat5522
